JavaScripti privaatsed klassiväljad: kapseldamine vs. juurdepääsu kontrolli mustrid

Pidevalt arenevas JavaScripti maastikul tähistab privaatsete klassiväljade kasutuselevõtt olulist edasiminekut selles, kuidas me oma koodi struktureerime ja haldame. Enne nende laialdast kasutuselevõttu tugines tõelise kapseldamise saavutamine JavaScripti klassides mustritele, mis, kuigi tõhusad, võisid olla sõnaohtrad või vähem intuitiivsed. See postitus süveneb privaatsete klassiväljade kontseptsiooni, analüüsib nende seost kapseldamisega ja vastandab neid väljakujunenud juurdepääsu kontrolli mustritele, mida arendajad on aastaid kasutanud. Meie eesmärk on pakkuda arendajate globaalsele publikule põhjalikku arusaama, edendades parimaid tavasid kaasaegses JavaScripti arenduses.

Kapseldamise mõistmine objektorienteeritud programmeerimises

Enne kui süveneme JavaScripti privaatsete väljade spetsiifikasse, on oluline luua põhjalik arusaam kapseldamisest. Objektorienteeritud programmeerimises (OOP) on kapseldamine üks põhiprintsiipe koos abstraktsiooni, päriluse ja polümorfismiga. See viitab andmete (atribuutide või omaduste) ja nendel andmetel tegutsevate meetodite koondamisele ühte ühikusse, sageli klassi. Kapseldamise peamine eesmärk on piirata otsest juurdepääsu mõnele objekti komponendile, mis tähendab, et objekti sisemist olekut ei saa väljaspool objekti definitsiooni juurde pääseda ega muuta.

Kapseldamise peamised eelised hõlmavad:

• Andmete peitmine: Objekti sisemise oleku kaitsmine soovimatute väliste muudatuste eest. See hoiab ära andmete juhusliku rikkumise ja tagab, et objekt püsib kehtivas olekus.
• Modulaarsus: Klassid muutuvad iseseisvateks üksusteks, muutes need lihtsamini mõistetavaks, hooldatavaks ja taaskasutatavaks. Muudatused klassi sisemises implementatsioonis ei pruugi mõjutada teisi süsteemi osi, kui avalik liides jääb samaks.
• Paindlikkus ja hooldatavus: Sisemisi implementatsiooni detaile saab muuta ilma klassi kasutavat koodi mõjutamata, eeldusel, et avalik API jääb stabiilseks. See lihtsustab oluliselt refaktoreerimist ja pikaajalist hooldust.
• Kontroll andmetele juurdepääsu üle: Kapseldamine võimaldab arendajatel määratleda konkreetsed viisid objekti andmetele juurdepääsuks ja nende muutmiseks, sageli avalike meetodite (getterite ja setterite) kaudu. See pakub kontrollitud liidest ja võimaldab valideerimist või kõrvalmõjusid andmetele juurdepääsemisel või nende muutmisel.

Traditsioonilised juurdepääsu kontrolli mustrid JavaScriptis

Kuna JavaScript on ajalooliselt olnud dünaamiliselt tüübitud ja prototüübipõhine keel, ei olnud sellel klassides sisseehitatud tuge `private` märksõnadele nagu paljudel teistel OOP-keeltel (nt Java, C++). Arendajad tuginesid erinevatele mustritele, et saavutada andmete peitmise ja kontrollitud juurdepääsu sarnasus. Need mustrid on endiselt asjakohased JavaScripti evolutsiooni mõistmiseks ja olukordades, kus privaatsed klassiväljad ei pruugi olla kättesaadavad või sobivad.

1. Nimekonventsioonid (allkriipsu prefiks)

Kõige levinum ja ajalooliselt valdav konventsioon oli privaatseks mõeldud omaduste nimede ette allkriipsu (`_`) lisamine. Näiteks:

            
class User {
  constructor(name, email) {
    this._name = name;
    this._email = email;
  }

  get name() {
    return this._name;
  }

  set email(value) {
    // Basic validation
    if (value.includes('@')) {
      this._email = value;
    } else {
      console.error('Invalid email format.');
    }
  }
}

const user = new User('Alice', 'alice@example.com');
console.log(user._name); // Accessing 'private' property
user._name = 'Bob'; // Direct modification
console.log(user.name); // Getter still returns 'Alice'

            

              
                Copy
              
            
          

Plussid:

• Lihtne rakendada ja mõista.
• Laialdaselt tunnustatud JavaScripti kogukonnas.

Miinused:

• Ei ole tõeliselt privaatne: See on puhtalt konventsioon. Omadused on endiselt väljaspool klassi juurdepääsetavad ja muudetavad. See tugineb arendaja distsipliinile.
• Rakendamist ei toimu: JavaScripti mootor ei takista nendele omadustele juurdepääsu.

2. Sulundid ja IIFE-d (Immediately Invoked Function Expressions)

Sulundid koos IIFE-dega olid võimas viis privaatse oleku loomiseks. Välises funktsioonis loodud funktsioonidel on juurdepääs välise funktsiooni muutujatele isegi pärast seda, kui väline funktsioon on oma töö lõpetanud. See võimaldas tõelist andmete peitmist enne privaatsete klassiväljade tulekut.

            
const User = (function() {
  let privateName;
  let privateEmail;

  function User(name, email) {
    privateName = name;
    privateEmail = email;
  }

  User.prototype.getName = function() {
    return privateName;
  };

  User.prototype.setEmail = function(value) {
    if (value.includes('@')) {
      privateEmail = value;
    } else {
      console.error('Invalid email format.');
    }
  };

  return User;
})();

const user = new User('Alice', 'alice@example.com');
console.log(user.getName()); // Valid access
// console.log(user.privateName); // undefined - cannot access directly
user.setEmail('bob@example.com');
console.log(user.getName());

            

              
                Copy
              
            
          

Plussid:

• Tõeline andmete peitmine: IIFE sees deklareeritud muutujad on tõeliselt privaatsed ja väljastpoolt kättesaamatud.
• Tugev kapseldamine.

Miinused:

• Sõnaohtrus: See muster võib viia sõnaohtrama koodini, eriti paljude privaatsete omadustega klasside puhul.
• Keerukus: Sulundite ja IIFE-de mõistmine võib olla algajatele takistuseks.
• Mõju mälule: Igal loodud eksemplaril võivad olla oma sulundi muutujad, mis võib potentsiaalselt kaasa tuua suurema mälukasutuse võrreldes otseste omadustega, kuigi kaasaegsed mootorid on üsna optimeeritud.

3. Tehasefunktsioonid

Tehasefunktsioonid on funktsioonid, mis tagastavad objekti. Nad saavad kasutada sulundeid privaatse oleku loomiseks, sarnaselt IIFE mustrile, kuid ilma konstruktorfunktsiooni ja `new` märksõna vajaduseta.

            
function createUser(name, email) {
  let privateName = name;
  let privateEmail = email;

  return {
    getName: function() {
      return privateName;
    },
    setEmail: function(value) {
      if (value.includes('@')) {
        privateEmail = value;
      } else {
        console.error('Invalid email format.');
      }
    },
    // Other public methods
  };
}

const user = createUser('Alice', 'alice@example.com');
console.log(user.getName());
// console.log(user.privateName); // undefined

            

              
                Copy
              
            
          

Plussid:

• Suurepärane privaatse olekuga objektide loomiseks.
• Väldib `this` sidumise keerukust.

Miinused:

• Ei toeta otseselt pärilikkust samal viisil kui klassipõhine OOP ilma täiendavate mustriteta (nt kompositsioon).
• Võib olla vähem tuttav arendajatele, kes tulevad klassikeskse OOP taustaga.

4. WeakMap'id

WeakMap'id pakuvad viisi privaatsete andmete seostamiseks objektidega ilma neid avalikult paljastamata. WeakMap'i võtmed on objektid ja väärtused võivad olla mis tahes. Kui objekt prügikoristatakse, eemaldatakse ka selle vastav kirje WeakMap'ist.

            
const privateData = new WeakMap();

class User {
  constructor(name, email) {
    privateData.set(this, {
      name: name,
      email: email
    });
  }

  getName() {
    return privateData.get(this).name;
  }

  setEmail(value) {
    if (value.includes('@')) {
      privateData.get(this).email = value;
    } else {
      console.error('Invalid email format.');
    }
  }
}

const user = new User('Alice', 'alice@example.com');
console.log(user.getName());
// console.log(privateData.get(user).name); // This still accesses the data, but WeakMap itself isn't directly exposed as a public API on the object.

            

              
                Copy
              
            
          

Plussid:

• Pakub viisi privaatsete andmete lisamiseks eksemplaridele ilma omadusi otse eksemplaril kasutamata.
• Võtmed on objektid, mis võimaldab tõeliselt privaatseid andmeid seostada konkreetsete eksemplaridega.
• Kasutamata kirjete automaatne prügikoristus.

Miinused:

• Nõuab abistavat andmestruktuuri: `privateData` WeakMap'i tuleb hallata eraldi.
• Võib olla vähem intuitiivne: See on kaudne viis oleku haldamiseks.
• Jõudlus: Kuigi üldiselt tõhus, võib esineda kerge lisakoormus võrreldes otsese omadustele juurdepääsuga.

Tutvustame JavaScripti privaatseid klassivälju (`#`)

ECMAScript 2022 (ES13) versioonis kasutusele võetud privaatsed klassiväljad pakuvad natiivset, sisseehitatud süntaksit privaatsete liikmete deklareerimiseks JavaScripti klassides. See on murranguline lahendus tõelise kapseldamise saavutamiseks selgel ja lühidal viisil.

Privaatsed klassiväljad deklareeritakse kasutades trellide (`#`) prefiksit, millele järgneb välja nimi. See `#` prefiks tähistab, et väli on klassi jaoks privaatne ja sellele ei saa väljaspool klassi skoopi juurde pääseda ega seda muuta.

Süntaks ja kasutus

            
class User {
  #name;
  #email;

  constructor(name, email) {
    this.#name = name;
    this.#email = email;
  }

  // Public getter for #name
  get name() {
    return this.#name;
  }

  // Public setter for #email
  set email(value) {
    if (value.includes('@')) {
      this.#email = value;
    } else {
      console.error('Invalid email format.');
    }
  }

  // Public method to display info (demonstrating internal access)
  displayInfo() {
    console.log(`Name: ${this.#name}, Email: ${this.#email}`);
  }
}

const user = new User('Alice', 'alice@example.com');

console.log(user.name); // Accessing via public getter -> 'Alice'
user.email = 'bob@example.com'; // Setting via public setter
user.displayInfo(); // Name: Alice, Email: bob@example.com

// Attempting to access private fields directly (will result in an error)
// console.log(user.#name); // SyntaxError: Private field '#name' must be declared in an enclosing class
// console.log(user.#email); // SyntaxError: Private field '#email' must be declared in an enclosing class

            

              
                Copy
              
            
          

Privaatsete klassiväljade peamised omadused:

• Rangelt privaatne: Neile ei pääse juurde väljaspool klassi ega ka alamklassidest. Iga katse neile juurde pääseda põhjustab `SyntaxError` vea.
• Staatilised privaatsed väljad: Privaatseid välju saab deklareerida ka kui `static`, mis tähendab, et need kuuluvad klassile endale, mitte eksemplaridele.
• Privaatsed meetodid: `#` prefiksit saab rakendada ka meetoditele, muutes need privaatseks.
• Varajane vigade tuvastamine: Privaatsete väljade rangus toob kaasa vigade viskamise parsimise või käivitamise ajal, mitte vaiksete ebaõnnestumiste või ootamatu käitumise.

Privaatsed klassiväljad vs. juurdepääsu kontrolli mustrid

Privaatsete klassiväljade kasutuselevõtt toob JavaScripti lähemale traditsioonilistele OOP-keeltele ja pakub robustsemat ning deklaratiivsemat viisi kapseldamise rakendamiseks võrreldes vanemate mustritega.

Kapseldamise tugevus

Privaatsed klassiväljad: Pakuvad kõige tugevamat kapseldamise vormi. JavaScripti mootor jõustab privaatsuse, takistades igasugust välist juurdepääsu. See tagab, et objekti sisemist olekut saab muuta ainult selle määratletud avaliku liidese kaudu.

Traditsioonilised mustrid:

• Allkriipsu konventsioon: Nõrgim vorm. Puhtalt soovituslik, tugineb arendaja distsipliinile.
• Sulundid/IIFE-d/Tehasefunktsioonid: Pakuvad tugevat kapseldamist, sarnaselt privaatsetele väljadele, hoides muutujad objekti avalikust skoopist väljas. Kuid mehhanism on vähem otsene kui `#` süntaks.
• WeakMap'id: Pakuvad head kapseldamist, kuid nõuavad välise andmestruktuuri haldamist.

Loetavus ja hooldatavus

Privaatsed klassiväljad: `#` süntaks on deklaratiivne ja annab kohe märku privaatsuse kavatsusest. See on puhas, lühike ja arendajatele kergesti mõistetav, eriti neile, kes on tuttavad teiste OOP-keeltega. See parandab koodi loetavust ja hooldatavust.

Traditsioonilised mustrid:

• Allkriipsu konventsioon: Loetav, kuid ei anna edasi tõelist privaatsust.
• Sulundid/IIFE-d/Tehasefunktsioonid: Võivad muutuda vähem loetavaks, kui keerukus kasvab, ja silumine võib skoobi keerukuse tõttu olla keerulisem.
• WeakMap'id: Nõuab WeakMap'ide mehhanismi mõistmist ja abistava struktuuri haldamist, mis võib lisada kognitiivset koormust.

Vigade käsitlemine ja silumine

Privaatsed klassiväljad: Viivad varasema vigade tuvastamiseni. Kui proovite privaatsele väljale valesti juurde pääseda, saate selge `SyntaxError` või `ReferenceError` vea. See muudab silumise otsekohesemaks.

Traditsioonilised mustrid:

• Allkriipsu konventsioon: Vead on vähem tõenäolised, kui loogika pole vigane, kuna otsejuurdepääs on süntaktiliselt kehtiv.
• Sulundid/IIFE-d/Tehasefunktsioonid: Vead võivad olla peenemad, näiteks `undefined` väärtused, kui sulundeid ei hallata õigesti, või ootamatu käitumine skoobiprobleemide tõttu.
• WeakMap'id: Võivad esineda `WeakMap` operatsioonide või andmetele juurdepääsuga seotud vead, kuid silumistee võib hõlmata `WeakMap`'i enda kontrollimist.

Koostalitlusvõime ja ühilduvus

Privaatsed klassiväljad: On kaasaegne funktsioon. Kuigi praegustes brauseriversioonides ja Node.js-is laialdaselt toetatud, võivad vanemad keskkonnad vajada transpileerimist (nt kasutades Babelit), et teisendada need ühilduvaks JavaScriptiks.

Traditsioonilised mustrid: Põhinevad JavaScripti põhifunktsioonidel (funktsioonid, skoobid, prototüübid), mis on olnud saadaval pikka aega. Need pakuvad paremat tagasiühilduvust ilma transpileerimise vajaduseta, kuigi need võivad olla kaasaegsetes koodibaasides vähem idioomsed.

Pärilikkus

Privaatsed klassiväljad: Privaatsed väljad ja meetodid ei ole alamklassidele kättesaadavad. See tähendab, et kui alamklass peab suhtlema ülemklassi privaatse liikmega või seda muutma, peab ülemklass selleks pakkuma avaliku meetodi. See tugevdab kapseldamise põhimõtet, tagades, et alamklass ei saa rikkuda oma ülemklassi invarianti.

Traditsioonilised mustrid:

• Allkriipsu konventsioon: Alamklassid saavad kergesti juurde pääseda ja muuta `_` prefiksiga omadusi.
• Sulundid/IIFE-d/Tehasefunktsioonid: Privaatne olek on eksemplaripõhine ja alamklassidele otse kättesaamatu, kui seda pole avalike meetodite kaudu selgelt paljastatud. See on hästi kooskõlas tugeva kapseldamisega.
• WeakMap'id: Sarnaselt sulunditele hallatakse privaatset olekut eksemplari kohta ja seda ei paljastata otse alamklassidele.

Millal millist mustrit kasutada?

Mustri valik sõltub sageli projekti nõuetest, sihtkeskkonnast ja meeskonna tuttavusest erinevate lähenemisviisidega.

Kasutage privaatseid klassivälju (`#`) kui:

• Töötate kaasaegsetes JavaScripti projektides, mis toetavad ES2022 või uuemat versiooni, või kasutate transpileerijaid nagu Babel.
• Vajate kõige tugevamat, sisseehitatud garantiid andmete privaatsusele ja kapseldamisele.
• Soovite kirjutada selgeid, deklaratiivseid ja hooldatavaid klassidefinitsioone, mis sarnanevad teiste OOP-keeltega.
• Soovite takistada alamklassidel juurdepääsu oma vanemklassi sisemisele olekule või sellega manipuleerimist.
• Ehitad teeke või raamistikke, kus ranged API piirid on üliolulised.

Globaalne näide: Rahvusvaheline e-kaubanduse platvorm võib kasutada oma `Product` ja `Order` klassides privaatseid klassivälju, et tagada, et tundlikku hinnateavet või tellimuste staatuseid ei saaks välised skriptid otse manipuleerida, säilitades andmete terviklikkuse erinevates piirkondlikes rakendustes.

Kasutage sulundeid/tehasefunktsioone kui:

• Peate toetama vanemaid JavaScripti keskkondi ilma transpileerimiseta.
• Eelistate funktsionaalset programmeerimisstiili või soovite vältida `this` sidumise probleeme.
• Loote lihtsaid utiliitobjekte või mooduleid, kus klassipärilikkus ei ole esmatähtis.

Globaalne näide: Arendaja, kes ehitab veebirakendust erinevatele turgudele, sealhulgas neile, kus on piiratud ribalaius või vanemad seadmed, mis ei pruugi toetada täiustatud JavaScripti funktsioone, võib valida tehasefunktsioonid, et tagada laialdane ühilduvus ja kiired laadimisajad.

Kasutage WeakMap'e kui:

• Peate lisama privaatseid andmeid eksemplaridele, kus eksemplar ise on võti, ja soovite tagada, et need andmed prügikoristatakse, kui eksemplarile enam ei viidata.
• Ehitad keerulisi andmestruktuure või teeke, kus objektidega seotud privaatse oleku haldamine on kriitiline ja soovite vältida objekti enda nimeruumi saastamist.

Globaalne näide: Finantsanalüütika ettevõte võib kasutada WeakMap'e, et salvestada patenteeritud kauplemisalgoritme, mis on seotud konkreetsete kliendisessiooni objektidega. See tagab, et algoritmid on kättesaadavad ainult aktiivse sessiooni kontekstis ja puhastatakse automaatselt, kui sessioon lõpeb, suurendades turvalisust ja ressursside haldamist nende globaalsetes operatsioonides.

Kasutage allkriipsu konventsiooni (ettevaatlikult) kui:

• Töötate pärandkoodibaasides, kus refaktoreerimine privaatsetele väljadele ei ole teostatav.
• Sisemiste omaduste jaoks, mida tõenäoliselt ei kuritarvitata ja kus teiste mustrite lisakoormus ei ole õigustatud.
• Selge signaalina teistele arendajatele, et omadus on mõeldud sisemiseks kasutamiseks, isegi kui see pole rangelt privaatne.

Globaalne näide: Globaalses avatud lähtekoodiga projektis koostööd tegev meeskond võib kasutada allkriipsu konventsioone sisemiste abimeetodite jaoks varajastes etappides, kus esmatähtis on kiire iteratsioon ja range privaatsus on vähem kriitiline kui laialdane mõistmine erineva taustaga kaastöötajate seas.

Parimad tavad globaalseks JavaScripti arenduseks

Olenemata valitud mustrist on parimate tavade järgimine ülioluline robustsete, hooldatavate ja skaleeritavate rakenduste ehitamisel üle maailma.

• Järjepidevus on võti: Valige üks peamine lähenemisviis kapseldamiseks ja pidage sellest kinni kogu oma projekti või meeskonna ulatuses. Mustrite juhuslik segamine võib põhjustada segadust ja vigu.
• Dokumenteerige oma API-d: Dokumenteerige selgelt, millised meetodid ja omadused on avalikud, kaitstud (vajadusel) ja privaatsed. See on eriti oluline rahvusvahelistele meeskondadele, kus suhtlus võib olla asünkroonne või kirjalik.
• Mõelge alamklassidele: Kui eeldate, et teie klasse laiendatakse, kaaluge hoolikalt, kuidas teie valitud kapseldamismehhanism mõjutab alamklassi käitumist. Privaatsete väljade kättesaamatus alamklassidele on tahtlik disainivalik, mis jõustab paremaid pärilikkushierarhiaid.
• Arvestage jõudlusega: Kuigi kaasaegsed JavaScripti mootorid on kõrgelt optimeeritud, olge teadlik teatud mustrite jõudlusmõjudest, eriti jõudluskriitilistes rakendustes või madala ressursiga seadmetes.
• Võtke omaks kaasaegsed funktsioonid: Kui teie sihtkeskkonnad seda toetavad, võtke omaks privaatsed klassiväljad. Need pakuvad kõige otsekohemat ja turvalisemat viisi tõelise kapseldamise saavutamiseks JavaScripti klassides.
• Testimine on ülioluline: Kirjutage põhjalikke teste, et tagada teie kapseldamisstrateegiate ootuspärane toimimine ja soovimatu juurdepääsu või muutmise vältimine. Testige erinevates keskkondades ja versioonides, kui ühilduvus on murekoht.

Kokkuvõte

JavaScripti privaatsed klassiväljad (`#`) kujutavad endast olulist hüpet keele objektorienteeritud võimekuses. Need pakuvad sisseehitatud, deklaratiivset ja robustset mehhanismi kapseldamise saavutamiseks, lihtsustades oluliselt andmete peitmise ja juurdepääsu kontrolli ülesannet võrreldes vanemate, mustripõhiste lähenemisviisidega.

Kuigi traditsioonilised mustrid nagu sulundid, tehasefunktsioonid ja WeakMap'id jäävad väärtuslikeks tööriistadeks, eriti tagasiühilduvuse või spetsiifiliste arhitektuuriliste vajaduste jaoks, pakuvad privaatsed klassiväljad kõige idioomsemat ja turvalisemat lahendust kaasaegseks JavaScripti arenduseks. Mõistes iga lähenemisviisi tugevusi ja nõrkusi, saavad arendajad üle maailma teha teadlikke otsuseid, et ehitada hooldatavamaid, turvalisemaid ja paremini struktureeritud rakendusi.

Privaatsete klassiväljade kasutuselevõtt parandab JavaScripti koodi üldist kvaliteeti, viies selle vastavusse teistes juhtivates programmeerimiskeeltes järgitavate parimate tavadega ja andes arendajatele võimaluse luua keerukamaid ja usaldusväärsemaid tarkvaralahendusi globaalsele publikule.